a bs t r a c t v i g o r o u sd e v e l o p m e n to fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o nt e c h n i q u e s ，e s p e c i a l l ye x t e n s i v e a p p l i c a t i o no fn e we n e r g yg e n e r a t i o nt e c h n i q u e s ，h a sb r o u g h tm o d e r np o w e rs y s t e m i n t oab r a n dn e we r a d u et ot h eu n i q u ed y n a m i cc h a r a c t e r i s t i c so ft h ed i s t r i b u t e d g e n e r a t i o ns o u r c e s ，g r i d c o n n e c t i o nt e c h n i q u e s ，a n dt h r e ep h a s eu n b a l a n c e dn e t w o r k s t r u c t u r e ，d y n a m i cf e a t u r e so fp o w e rs y s t e mh a v eb e e ng r e a t l yi n f l u e n c e db yt h eh i g h p e r m e a b i l i t y o fd i s t r i b u t e de n e r g ys o u r c e sc o n n e c t e dt ot h et r a n s m i s s i o na n d d i s t r i b u t i o ng r i d t h i si sq u i t ed i f f e r e n tf r o mt r a d i t i o n a lb u l kp o w e rs y s t e mo p e r a t i o n m o d e ，i nt h i st h e s i s ，t h em a i nw o r kf o c u s e so nt h em o d e l i n ga n dp r o g r a m m i n go f s t a b i l i t ys i m u l a t i o no fd i s t r i b u t e dp o w e rg e n e r a t i o ns y s t e m t h em a j o ra c h i e v e m e n t s a r ea sf o l l o w s ： i nt h ef i e l do fm o d e l i n gt e c h n i q u e s ，t h ec o m m o n l yu s e dt y p i c a lq u a s i - s t e a d y s t a t e m o d e l sa n dc o n t r o ll i n ks t r u c t u r e so fp o w e re l e c t r o n i cd e v i c e sa r es u m m a r i z e di nt h i s t h e s i s ag e n e r a lq u a s i s t e a d y - s t a t em o d e l i n gd e s i g nm e t h o di sp r o p o s e da n da p p l i e d i nd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ns y s t e mm o d e l i n g t h ep r o p o s e dm e t h o da n dm o d e la r em u c h b e n e f i c i a lt on o r m a l i z em o d e l i n ge x p r e s s i o nf o r m so fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ns y s t e m i nt h ea s p e c to fn u m e r i c a la l g o r i t h m s ，as t a b i l i t ys i m u l a t i o na l g o r i t h ms u i t a b l ef o r d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ns y s t e mi sp r e s e n t e di nt h i st h e s i s i nt h ep r o p o s e da l g o r i t h m ，a p r e d i c t - c o r r e c t i o na l t e m a t es o l v i n gi m p l i c i ti n t e g r a t i o na l g o r i t h mi sc o m b i n e dw i t h ， an u m e r i c a ld i f f e r e n t i a lm e t h o dt oo b t a i nt h e s y s t e mj a c o b i a nm a t r i x w i t ht h i s a l g o r i t h m ，n oa n a l y t i ci n f o r m a t i o no f j a c o b i a nm a t r i xe l e m e n t si sr e q u i r e di na d v a n c e t h ej a c o b i a nm a t r i xi sa c q u i r e dd i r e c t l yb yn u m e r i c a lc a l c u l a t i o nb a s e do nt h e o r i g i n a ls y s t e ms t a t ee q u a t i o n sa n da l g e b r a i ce q u a t i o n s m o r e o v e r , t h i sm e t h o dc a n a u t o m a t i c a l l yt a k ei n t oa c c o u n tt h ei m p a c to fs y s t e mm o d e ls t r u c t u r em u t a t i o n c o n s i d e r i n gt h e e x i s t e n c eo f l a r g ea m o u n t so fd i s c o n t i n u o u sc o n t r o l l i n k si n d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n s y s t e m ，t h i sf e a t u r em a k e st h ep r o p o s e dm e t h o de s p e c i a l l y a d v a n t a g e o u sf o rt h ed e v e l o p m e n to fs t a b i l i t ys i m u l a t i o np r o g r a m sf o rd i s t r i b u t e d g e n e r a t i o ns y s t e m f o rt h es o f t w a r ed e s i g na n dd e v e l o p m e n t ，an e wm e s hl i s td a t as t r u c t u r ei s p r e s e n t e db a s e do nt h es p a r s es t o r a g es t r u c t u r eo fc r o s s - l i n k e dl i s t t h ea p p l i c a t i o no f t h i ss t r u c t u r ec a nr e a l i z eh i g h l ye f f i c i e n ts p a r s ed a t as t o r a g ef o rd a e s y s t e mj a c o b i a n d u r i n gs i m u l a t i o n am e s hl i s t d o u b l el a y e ra l g o r i t h m ( m l d l a ) i sd e v e l o p e do n t h eb a s i so ft h i sd a t as t r u c t u r e t h eo u t e rl a y e ri sd e s i g n e df o re x p l i c i ti n t e g r a t i o n m e t h o d ，w h e r e a st h ei n n e rl a y e ri sd e s i g n e df o ri m p l i c i ti n t e g r a t i o nm e t h o d t h e c o n s o l i d a t e d i m p l e m e n t a t i o n o fe x p l i c i ta n di m p l i c i ti n t e g r a t i o na l g o r i t h m si s a c h i e v e db yt h ed o u b l el a y e rs t r u c t u r e f o ri n n e rl a y e ri m p l i c i ti n t e g r a t i o na l g o r i t h m ， t h ea p p l i c a t i o no fm e s hl i s te n a b l e saf l e x i b l ea n de f f i c i e n tp r o c e s s i n go fi n t e r f a c e b e t w e e nd y n a m i cc o m p o n e n t sa n dc o n t r o ld e v i c e s ，a sw e l la st h ei n t e r f a c eb e t w e e n d i f f e r e n t i a le q u a t i o n sa n da l g e b r a i ce q u a t i o n so ft h ed a es y s t e m t h ed a es y s t e m b l o c kj a c o b i a nm a t r i xc a nb ea s s e m b l e da r b i t r a r i l yb a s e do nm o d u l a r i z e dd e s i g n t h i s p r o v i d e sac o n v e n i e n ts o l u t i o nf o rt h ea d d i t i o na n du p d a t eo fn e wc o m p o n e n t sa n d n e wm o d e l s f u r t h e r m o r e ，t h es y s t e mo b j e c t - o r i e n t e dd e s i g na n da n a l y s i s m e t h o di s i n v e s t i g a t e di n t h i st h e s i s ，t oc a r r yo u ts t a b i l i t ys i m u l a t i o no fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n s y s t e m t h ed o u b l e - l a y e ra c - d cb u s t r e es t r u c t u r e f o rg r o u p i n ge l e m e n t si n d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o ns y s t e mi sp r e s e n t e d t od e s c r i b eg r i d - c o n n e c t i o ns y s t e m t h e i n t e r f a c eo fd o u b l e - l a y e ra c d cb u s t r e ei s s i m i l a rt og e n e r a t o ra n di t sc o n t r o lu n i ti n t r a d i t i o n a lp o w e rg r i d i th a s “p l u ga n dp l a y ”f e a t u r e i nt h ef o l l o w i n gp a r t ，d e s i g n m e t h o d sf o rm o d e l i n gc l a s sa n df u n c t i o n a lc l a s sa r ei l l u s t r a t e d ，a sw e l la ss t r u c t u r e a n df u n c t i o no fm a j o rc l a s s e s i nt h ee n d ，s i m u l a t i o nr e s u l t sf o rt e s tc a s e sa r eg i v e nt ov a l i d a t et h ec o r r e c t n e s s o ft h em o d e l i n ga n da l g o r i t h mf o rs t a b i l i t ys i m u l a t i o no fd i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n s y s t e m k e yw o r d s ：d i s t r i b u t e dg e n e r a t i o n s y s t e m ，s t a b i l i t ys i m u l a t i o n ，g e n e r a l q u a s i - s t e a d y s t a t em o d e l ，n u m e r i c a l d i f f e r e n t i a lm e t h o d ，m e s hl i s t d o u b l e l a y e r a l g o r i t h m ，d o u b l e - l a y e ra c - d c b u s - t r e es t r u c t u r e 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰 寫過的研究成果，也不包含為獲得墨盜盤堂或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使 用過的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確 的說明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：刁廿簽字日期：2 印羅年口羅月寸日 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解鑫鲞盤堂有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特 授權(quán)苤注盤堂可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，并 采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國(guó)家有 關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明) 學(xué)位論文作者簽名：孑j 午 簽字日期：沖年矽鄉(xiāng)月妙日 導(dǎo)師簽名： 丑“占 辯醐：叫引月歲日j 天津大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論 1 1 課題研究目的和意義 第一章緒論 采用分布式發(fā)電供能技術(shù)，有助于充分利用各地豐富的清潔和可再生能源， 向用戶提供“綠色電力，是實(shí)現(xiàn)我國(guó)“節(jié)能減排”目標(biāo)的重要舉措。我國(guó)頒布 的 可再生能源法、 可再生能源中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中都已明確將分布式發(fā)電供 能技術(shù)列入重點(diǎn)發(fā)展與支持領(lǐng)域，國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要( 2 0 0 6 - - 2 0 2 0 年) i l 】中明確提出要大力開展“可再生能源低成本規(guī)模化開發(fā)利用”以及 “間歇式電源并網(wǎng)及輸配技術(shù)”，開展分布式發(fā)電供能技術(shù)方面的研究工作符合國(guó) 家重大需求。 分布式能源發(fā)電系統(tǒng)又簡(jiǎn)稱為分布式發(fā)電系統(tǒng)，它一般指發(fā)電功率在幾k w 至5 0 m w 的小型模塊化、分散式、布置在用戶附近為用戶供電的發(fā)電系統(tǒng)。近年 來，應(yīng)用較多的分布式發(fā)電技術(shù)主要有微型燃?xì)廨啓C(jī)、燃料電池、光伏發(fā)電、風(fēng) 力發(fā)電、生物質(zhì)能發(fā)電等【2 】。分布式能源發(fā)電系統(tǒng)通過將各種不同的能源形式轉(zhuǎn) 換為電能加以利用，是分布式能源最有效的利用方式之一。分布式發(fā)電系統(tǒng)不僅 向用戶提供所需的電能，同時(shí)還向用戶提供熱能，滿足用戶供熱和制冷的需要， 具有能源利用效率高、供能可靠性高、污染物排放少、經(jīng)濟(jì)性好等優(yōu)點(diǎn)。在滿足 用戶供熱和制冷需求的前提下，電能作為統(tǒng)一的能源形式將各種分布式能源加以 融合。 在大電網(wǎng)崩潰和意外災(zāi)害( 例如地震、暴風(fēng)雪、人為破壞、戰(zhàn)爭(zhēng)) 出現(xiàn)時(shí)， 分布式發(fā)電系統(tǒng)可以采用微網(wǎng)形式獨(dú)立運(yùn)行，以保證重要用戶供電不間斷，并為 大電網(wǎng)崩潰后的快速恢復(fù)提供電源支持。微網(wǎng)是指由分布式電源、儲(chǔ)能裝置、能 量變換裝置、相關(guān)負(fù)荷和監(jiān)控、保護(hù)裝置匯集而成的小型發(fā)配電系統(tǒng)，是一個(gè)能 夠?qū)崿F(xiàn)自我控制、保護(hù)和管理的自治系統(tǒng)，既可以與大電網(wǎng)并網(wǎng)運(yùn)行，也可以孤 立運(yùn)行。 分布式發(fā)電技術(shù)的蓬勃發(fā)展特別是各種新能源發(fā)電技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得現(xiàn) 代電力系統(tǒng)進(jìn)入了一個(gè)嶄新的時(shí)代。與傳統(tǒng)的集中式發(fā)電不同，分布式發(fā)電系統(tǒng) 在運(yùn)行時(shí)不僅要考慮電負(fù)荷的需求，有時(shí)還要受冷、熱負(fù)荷的約束，并且一些分 布式電源的出力往往還要受外部條件的限制；由于分布式電源自身具有的慣性較 小，在系統(tǒng)內(nèi)部和外部電網(wǎng)發(fā)生的各種故障或操作都會(huì)使系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)發(fā)生劇 天津大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論 烈的變化，這些擾動(dòng)還可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變；另外，在分布式發(fā)電系 統(tǒng)的各個(gè)層面還配置了大量的不同功能、不同特性的控制與保護(hù)裝置，它們或者 調(diào)整分布式電源的有功出力達(dá)到最大，或者調(diào)整分布式電源并網(wǎng)的電壓、頻率與 無功功率，或者在故障期間對(duì)分布式電源進(jìn)行隔離從而起到保護(hù)作用；為了最大 限度地提高能源利用效率，通常將具有不同特性相互補(bǔ)充的兩種或多種分布式電 源以微網(wǎng)的形式組合起來并列運(yùn)行。因此，整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行點(diǎn)會(huì)隨著冷熱電負(fù)荷 需求的增減、電源出力的變化、運(yùn)行方式的改變、系統(tǒng)中各種故障的發(fā)生以及控 制與保護(hù)裝置的調(diào)節(jié)作用而不斷地發(fā)生變化，其動(dòng)態(tài)過程相對(duì)于傳統(tǒng)電力系統(tǒng)而 言也更為復(fù)雜，在這些情況下僅僅依靠穩(wěn)態(tài)分析的方法是不夠的。 采用仿真技術(shù)研究系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)行為是電力系統(tǒng)研究中最常用的方法， 也將是分布式發(fā)電供能系統(tǒng)以及微網(wǎng)系統(tǒng)相關(guān)領(lǐng)域的重要研究手段。鑒于微網(wǎng)的 復(fù)雜性，無論是研究其與大電網(wǎng)相互作用的機(jī)理，還是研究在各種擾動(dòng)下的復(fù)雜 動(dòng)態(tài)行為；無論是研究其保護(hù)與控制問題，還是研究其規(guī)劃設(shè)計(jì)問題，都需要強(qiáng) 有力的仿真工具作為基礎(chǔ)，同時(shí)需要構(gòu)建兼容微網(wǎng)分析仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。作為分布 式發(fā)電系統(tǒng)研究的主要手段，數(shù)字仿真技術(shù)對(duì)于提高分布式發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行經(jīng)濟(jì) 性和可靠性，解決分布式發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)運(yùn)行以及能源的綜合高效利用所涉及的理 論和技術(shù)問題，提供了必要的工具，對(duì)促進(jìn)分布式發(fā)電系統(tǒng)示范工程建設(shè)以及分 布式發(fā)電技術(shù)的推廣應(yīng)用具有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。 1 2 分布式發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性建模特征 在分布式發(fā)電供能系統(tǒng)中，既有同步發(fā)電機(jī)等具有較大時(shí)間常數(shù)的旋轉(zhuǎn)設(shè) 備，也有響應(yīng)快速的電力電子裝置。在系統(tǒng)發(fā)生擾動(dòng)時(shí)，既有在微秒級(jí)快速變化 的電磁暫態(tài)過程，也有毫秒級(jí)變化的機(jī)電暫態(tài)過程和以秒級(jí)變化的慢動(dòng)態(tài)過程。 綜合考慮它們之間的相互影響，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)全過程的數(shù)字仿真是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)性的 研究課題1 3 j 。圖1 2 給出了各種分布式電源的動(dòng)態(tài)行為的時(shí)間尺度。 需要指出的是，傳統(tǒng)的配電系統(tǒng)不存在同步穩(wěn)定性問題( 但是有電壓穩(wěn)定性 問題) ，少量的小容量d g 對(duì)電網(wǎng)的影響也可以忽略，但是大量的分布式電源接 入到輸配電網(wǎng)絡(luò)中并網(wǎng)運(yùn)行時(shí)會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性產(chǎn)生顯著影響1 4 兒川，因此， 需詳細(xì)研究高滲透率水平下，各種d g 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式對(duì)系統(tǒng)功角穩(wěn) 定性、電壓穩(wěn)定性及頻率穩(wěn)定性的影響【6 1 1 7 引。另外，分布式發(fā)電系統(tǒng)中廣泛使 用的光伏發(fā)電、燃料電池等靜止型電源具有很小的慣性時(shí)間常數(shù)，減少了系統(tǒng)中 的旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能，在系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)時(shí)需要和儲(chǔ)能設(shè)備配合提供有效的功率支撐，和 傳統(tǒng)以旋轉(zhuǎn)電機(jī)為主體的能量交換方式有本質(zhì)區(qū)別。對(duì)于以上問題的研究都離不 天津大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論 開分布式發(fā)電系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析計(jì)算。 i m h zi k h zi h zi m h z l l + _ _ 卜+ - _ _ 1 卜 _ 斗_ 頻率范圍 | 皂壟塞亍萎妻! 電化學(xué)動(dòng)態(tài)l 熟力學(xué)動(dòng)態(tài) ( 開關(guān)動(dòng)作，控制) 一 。一 次同步諧振 開關(guān)過程暫態(tài)穩(wěn)定 = = = = = = = = = = ：= = = - 二= = = = = = = 一 一 l 璺路渡整墨ji 壁墮過i 呈_ j! 簍塑墊查 燃汽輪機(jī)并網(wǎng)系統(tǒng) 風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng) 燃料電池并網(wǎng)系統(tǒng) 光伏陣列并網(wǎng)系統(tǒng) 分布式發(fā)電系統(tǒng) 過渡過程 l 1 _ + 卜卜時(shí)問尺度 il i sim sisir a i nih 圖1 1 分布式發(fā)電并網(wǎng)系統(tǒng)各種動(dòng)態(tài)行為的時(shí)間尺度 分布式發(fā)電供能系統(tǒng)為電力系統(tǒng)時(shí)域仿真技術(shù)賦予了全新的含義，也同樣帶 來了新的研究挑戰(zhàn)： 例如，分布式發(fā)電系統(tǒng)中電源具有多樣性的特點(diǎn)，既有類似燃料電池發(fā)電系 統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)這樣的靜止型發(fā)電設(shè)備，也存在像風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)、微型燃?xì)廨?機(jī)發(fā)電系統(tǒng)這樣的旋轉(zhuǎn)型發(fā)電設(shè)備。既涉及到化石燃料、天然氣等熱電轉(zhuǎn)化過程， 又涉及熱能制冷過程、此外還涉及到各種冷、熱、電能量在電網(wǎng)、電源以及其他 系統(tǒng)中的儲(chǔ)存過程。這種含有大量非同性元件的建模過程需要考慮與電力傳輸有 關(guān)的電氣量特性，如交流電機(jī)磁鏈動(dòng)態(tài)、電力電子設(shè)備開關(guān)控制、電力網(wǎng)絡(luò)k c l 、 k v l 定律約束等；還需要兼顧到其他形式的一次能源如化學(xué)能、熱能、光能等 非電氣量特性，如燃料電池內(nèi)部的電化學(xué)過程、光伏電池內(nèi)部光電效應(yīng)、風(fēng)力發(fā) 電系統(tǒng)的空氣動(dòng)力學(xué)機(jī)理等。既要考慮到常規(guī)輸電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)特點(diǎn)、供熱( 冷) 系統(tǒng)模型，還要考慮各種能源轉(zhuǎn)換裝置的模型。對(duì)于某一具體物理裝置或者元件， 針對(duì)不同問題研究領(lǐng)域可能采用完全不同的數(shù)學(xué)模型。如何針對(duì)這些具有顯著差 異的非同性系統(tǒng)，以及不同的研究目的建立準(zhǔn)確而合理的數(shù)學(xué)模型是分布式發(fā)電 系統(tǒng)研究亟待解決的重要問題之一。 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論 在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，具有通用化元件建模也存在很多問題需要進(jìn)一步研 究，例如大多數(shù)的分布式電源和儲(chǔ)能元件是通過電力電子裝置接入到電網(wǎng)之中， 各種電力電子裝置的控制目標(biāo)雖然有所不同，但是其主要的結(jié)構(gòu)和控制方法仍然 具有一定的規(guī)律可尋，如何總結(jié)相應(yīng)的規(guī)律性并提煉出模塊化特征明顯的通用電 力電子裝置的模型，對(duì)于降低分布式發(fā)電系統(tǒng)建模復(fù)雜度無疑是一件重要而有意 義的工作。為此，大量研究人員提出了多種通用化的電力電子器件硬件和軟件設(shè) 計(jì)方案，美國(guó)海軍研究機(jī)構(gòu)( o n r ) 9 1 基于電力電子集成電路理論提出一種電力 電子積木技術(shù)( p o w e re l e c t r o n i cb u i l d i n gb l o c k p e b b ) ，使電力電子器件的集成達(dá) 到一個(gè)很高的水平。隨后出現(xiàn)了電力電子器件組集成了更多的電路、控制、傳感 器和激勵(lì)標(biāo)準(zhǔn)的器件和模塊i l0 1 。美國(guó)國(guó)家能源實(shí)驗(yàn)室( n e r l ) 開發(fā)了一種用于 d e r 系統(tǒng)的高級(jí)電力電子接口( a d v a n c e dp o w e re l e c t r o n i c si n t e r f a c e s a p e i ) ， 在p e b b 以及d s p 控制技術(shù)的基礎(chǔ)之上，加入輔助信號(hào)、控制模塊，構(gòu)成了針對(duì) 分布式發(fā)電系統(tǒng)適用性更強(qiáng)的電力電子集成模塊。這些研究成果表明硬件高速發(fā) 展，為數(shù)字化仿真計(jì)算中通用化模型建模的實(shí)現(xiàn)提供了物理依據(jù)。 此外，分布式電源根據(jù)其容量和電壓等級(jí)的要求，可能接入輸電系統(tǒng)或者高 壓配電系統(tǒng)，例如大容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組并聯(lián)，以風(fēng)電場(chǎng)的形式接入高壓電網(wǎng)；也 可能接入中低壓配電系統(tǒng)，如小容量( 幾百k w ) 的微型燃汽輪機(jī)發(fā)電系統(tǒng)、燃料 電池發(fā)電系統(tǒng)、小容量風(fēng)力發(fā)電機(jī)組、光伏發(fā)電設(shè)備等。一種比較普遍的方式是： 在較低電壓等級(jí)上就近滿足當(dāng)?shù)刎?fù)荷的需求，然后若干個(gè)小型微網(wǎng)組成更大范圍 的微網(wǎng)，接入更高電壓等級(jí)的網(wǎng)絡(luò)。分布式電源可以是單相的，也可能是兩相或 三相的形式。這種獨(dú)特的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)分布式發(fā)電供能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞慕Ｄ芰μ?出了更高的要求，傳統(tǒng)輸電系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的描述方法顯然不再是完備的，新的仿 真技術(shù)需要擁有更加準(zhǔn)確和完整的配電系統(tǒng)建模能力。 1 3 分布式發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真的基本方法 電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定數(shù)值仿真的研究?jī)?nèi)容是通過數(shù)值計(jì)算模擬出電力系統(tǒng)狀 態(tài)對(duì)某種擾動(dòng)作用的反應(yīng)。電力系統(tǒng)數(shù)字仿真的工作可分為建立數(shù)學(xué)模型和數(shù)學(xué) 模型求解兩大模塊i f 2 。建模的過程是根據(jù)系統(tǒng)仿真時(shí)間尺度范圍，由物理原型 抽象出數(shù)學(xué)模型。傳統(tǒng)電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真中的數(shù)學(xué)模型包括兩大部分： 1 ) 描述設(shè)備動(dòng)態(tài)特征的微分方程 2 ) 描述設(shè)備之間電氣聯(lián)系的代數(shù)方程 動(dòng)態(tài)設(shè)備之間的電氣連接關(guān)系在運(yùn)行中可能改變，如負(fù)荷的投切、機(jī)組的啟停、 線路開斷和重合閘等操作，如果計(jì)及繼電保護(hù)裝置，還包含大量連續(xù)和( 或) 離散 天津大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論 的邏輯時(shí)變參數(shù)；一般可將電力系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型用高維非線性、非自治的分時(shí)段微 分代數(shù)方程組來描述。數(shù)學(xué)模型求解是采用一定的數(shù)值方法和軟件技術(shù)來設(shè)計(jì) 仿真程序。暫態(tài)穩(wěn)定仿真問題在數(shù)學(xué)上可歸結(jié)為對(duì)一組微分代數(shù)方程初值問題的 求解： f ；f ( x , y ，u ) 童= 0 1，、 g ( x , y ，u ) 一o u 1 式( 1 1 ) 中的微分方程描述了電力系統(tǒng)中交流電機(jī)、柔性交流輸電系統(tǒng)、發(fā)電 機(jī)組控制器動(dòng)態(tài)特性，x 為動(dòng)態(tài)元件的狀態(tài)變量，y 為代數(shù)變量，一般為以復(fù)數(shù) 形式或者實(shí)虛部展開形式的電壓、電流相量；u 為輸入。在給定狀態(tài)變量、代 數(shù)變量初值之后，采用某種穩(wěn)定數(shù)值算法求解這組微分代數(shù)方程組在每一個(gè)時(shí)步 上的數(shù)值解來代替真值，即可得到狀態(tài)變量和代數(shù)變量的時(shí)域解，且解是唯一的。 1 ) 常用數(shù)值計(jì)算方法概述 求解微分方程的數(shù)值積分方法很多，主要實(shí)用的數(shù)值仿真算法分為三類：( 1 ) 單步法，如歐拉( e u l e r ) 法與改進(jìn)歐拉法、龍格庫(kù)塔( r u n g e - - k u t t a ) 法、隱式梯形 算法等( 交替求解或者聯(lián)立求解形式) ；( 2 ) 線性多步法，如哈明( h a m m i n g ) 算 法，阿達(dá)姆斯( a d a m s ) 算法；( 3 ) 針對(duì)病態(tài)( s t i f f ) 方程的g e a r 法、向后差分法( b d f ) 、 隱式及半隱式龍格一庫(kù)塔法等。單步法的優(yōu)點(diǎn)是可以自起步，即由穩(wěn)態(tài)值出發(fā)， 用通用公式一步步求取數(shù)值解，而多步法則不能自起步，因而需要多于一步的狀 態(tài)信息。對(duì)電力系統(tǒng)這樣的中度剛性系統(tǒng)而言，最常用的工程計(jì)算方法為四階顯 式龍格庫(kù)塔法，。以及具有二階精度且a 穩(wěn)定的梯形法。 對(duì)于代數(shù)方程組的求解方法主要采用適于求解非線性代數(shù)方程組的牛頓法。 這里代數(shù)方程組除了指網(wǎng)絡(luò)方程之外，也包括采用隱式化方法之后微分方程差分 化和網(wǎng)絡(luò)方程聯(lián)立的代數(shù)方程組。 龍格庫(kù)塔( r u n g e k u t t a ) 法( 簡(jiǎn)稱為r k 方法) 是一類高精度的單步法，是穩(wěn)定 性計(jì)算中最早應(yīng)用的數(shù)值計(jì)算方法之一，其中四階顯式r - k 法非常適合于d a e 方 程的交替求解，為了消除交接誤差帶來的影響，網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程g 可以參與差分方 程的循環(huán)計(jì)算，以提供和狀態(tài)變量對(duì)應(yīng)的代數(shù)變量值。其他的顯式計(jì)算方法，如 歐拉、改進(jìn)歐拉，二階，三階顯式r k 法均可采用這種方式消除交接誤差的影響 【1 3 】 o 單純從求解系統(tǒng)的角度來看，聯(lián)立求解和交替求解法各有利弊，都曾被國(guó)內(nèi) 外許多暫態(tài)穩(wěn)定程序所應(yīng)用。采用聯(lián)立求解方法的有美國(guó)e p 砌開發(fā)的e t m s p t l 4 】、 比利時(shí)t r a c t e b e l 和法國(guó)e d f 共同開發(fā)的e u r o s t a g t l 5 j 、a b b 公司開發(fā)的 s i m p o w 程序1 1 6 1 1 7 】，采用交替求解方法的有美國(guó)通用電氣和日本東京電力公司 共同開發(fā)的e x s t a b t l 8 1 1 9 】、美i 垂l b o n n e v i l l ep o w e ra d m i n i s t r a t i o n 開發(fā)的b p a 暫態(tài) 天津大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論 穩(wěn)定程序【2 0 1 、美國(guó)p o w e rt e c h n o l o g i e si n c 開發(fā)的p s s e i 2 1 】、清華調(diào)度員培訓(xùn)仿 真系統(tǒng)( t h d t s ) 1 2 2 等等。同時(shí)考慮到多時(shí)間尺度上的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真問題，也 發(fā)展出了各種變步長(zhǎng)的隱式積分算法 2 3 1 2 4 1 。以下主要介紹其基本原理。 基于預(yù)測(cè)一校正形式的聯(lián)立求解法1 2 5 1 1 2 6 1 ( s i m u l t a n e o u ss o l u t i o n ) 是常用的 一種計(jì)算形式，校正過程中將微分方程的差分方程和代數(shù)方程聯(lián)立形成一組非 線性代數(shù)方程。預(yù)測(cè)方法的好壞直接影響校正步的收斂特性，代數(shù)變量的預(yù)測(cè) 選擇性較大，有線性幾何預(yù)測(cè)、平方幾何預(yù)測(cè)等，預(yù)測(cè)性能好壞對(duì)收斂性起到 關(guān)鍵的作用，校正部分決定算法的穩(wěn)定性1 1 3 。 在每一次迭代中，雅可比矩陣方程的部分元素都會(huì)更新，故常規(guī)的作法是在 每一次迭代中重新進(jìn)行l(wèi) u 分解，這樣的做法較費(fèi)機(jī)時(shí)。為了減少計(jì)算量，人們 采用偽牛頓法1 2 7 】1 2 引( v e r yd i s h o n e s tn e w t o nm e t h o d ，縮寫為v d n m ，或稱常系數(shù) j a c o b i a n 迭代法) ，在多次迭代或時(shí)步中采用同樣的雅可比矩陣l u 分解結(jié)果進(jìn)行 計(jì)算。隱式積分聯(lián)立求解具有較好的數(shù)值穩(wěn)定性。其算法不引入微分方程和代數(shù) 方程的交接誤差，能夠適應(yīng)較長(zhǎng)過程的穩(wěn)定計(jì)算。但是在程序設(shè)計(jì)上較為復(fù)雜， 而且需要建立聯(lián)立求解的修正方程，導(dǎo)致程序的可擴(kuò)展性和靈活性不足。 聯(lián)立求解非線性方程若采用偽牛頓法，在每步或幾步仿真計(jì)算中只分解一次 雅可比矩陣，但迭代次數(shù)會(huì)略有增加【27 1 。文獻(xiàn) 2 9 1 提出采用奇異攝動(dòng)技術(shù)進(jìn)行電 力系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真，每步計(jì)算只要求對(duì)聯(lián)立矩陣中的網(wǎng)絡(luò)方程對(duì)應(yīng)部分三角分解一 次，而不是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)方程，因此提高了仿真計(jì)算速度。 交替求解法( a l t e r n a t i n gs o l u t i o n ) 是在一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上采用某種積分方法對(duì) 微分方程進(jìn)行求解 2 7 1 1 3 0 1 ，同時(shí)在每個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)上對(duì)代數(shù)方程進(jìn)行求解，兩個(gè)求 解過程是分別進(jìn)行的，在總的求解過程中，存在著網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程組和微分方程組 之間迭代的過程。原則上可以彼此獨(dú)立地選擇不同的方法交替求解系統(tǒng)的微分方 程和網(wǎng)絡(luò)代數(shù)方程，一般選擇比較簡(jiǎn)單的簡(jiǎn)單迭代法1 1 3 計(jì)算差分部分，代數(shù)部 分一般采用牛頓法迭代求解。在每一時(shí)步開始階段也可以加入初值預(yù)測(cè)環(huán)節(jié)，以 加快交替求解過程的收斂過程。 在交替求解法中，網(wǎng)絡(luò)方程和動(dòng)態(tài)元件方程之間有明確的接口，動(dòng)態(tài)模型的 修改和增加并不影響網(wǎng)絡(luò)方程的求解速度，其計(jì)算精度由迭代來保證；而且還可 以根據(jù)物理關(guān)系將動(dòng)態(tài)方程分成若干層次，模型的修改和增加最終只影響動(dòng)態(tài)方 程中的相關(guān)部分，程序的開發(fā)和維護(hù)比較簡(jiǎn)單。該方法的缺點(diǎn)存在微分和代數(shù)方 程的交接誤差，當(dāng)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)發(fā)生突變時(shí)( 例如開關(guān)操作) ，網(wǎng)絡(luò)的某些非 狀態(tài)變量( 如電壓、電流) 將發(fā)生突變。突變后的狀態(tài)變量如果采用突變前的值 代替的話，會(huì)引入誤差，甚至由此產(chǎn)生數(shù)值振蕩。 為了改善交替求解算法計(jì)算性能，文獻(xiàn) 3 1 提出了一種新的交替迭代解法， 天津大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論 針對(duì)聯(lián)立求解微分方程離散化后的差分方程與網(wǎng)絡(luò)的代數(shù)方程，引入兩個(gè)加快收 斂的矩陣，并推導(dǎo)出它們的最優(yōu)值。仿真結(jié)果表明，該方法比已有的交替迭代解 法具有更好的收斂性。 交替求解算法中當(dāng)計(jì)及發(fā)電機(jī)凸極效應(yīng)時(shí)，網(wǎng)絡(luò)方程的導(dǎo)納矩陣是發(fā)電機(jī)功 角的函數(shù)，需要實(shí)時(shí)進(jìn)行更新，從而增加了算法執(zhí)行時(shí)間。d a n d e n o 和k u n d u r 等 人在文獻(xiàn)【3 2 1 q b 提出了一種忽略發(fā)電機(jī)凸極效應(yīng)的近似非迭代算法，提高了計(jì)算 速度同時(shí)也帶來了較大誤差。m o o n 等人在文獻(xiàn) 3 3 3 4 1 1 3 5 q b 提出了一種分析極 化線性網(wǎng)絡(luò)的方法，它是一種充分考慮了發(fā)電機(jī)凸極效應(yīng)的非迭代算法。m o o n 等人還在文獻(xiàn) 3 6 q b 提出了一種基于極化線性網(wǎng)絡(luò)理論的極化系統(tǒng)分解技術(shù)。與 傳統(tǒng)方法相比，非迭代算法和極化分解技術(shù)都能顯著地減少計(jì)算時(shí)間，但是運(yùn)算 矩陣變化比較復(fù)雜，對(duì)于編程技術(shù)的要求比較高。 文獻(xiàn)【3 7 在忽略發(fā)電機(jī)暫態(tài)凸極效應(yīng)的經(jīng)典模型條件下提出了采用高階 t a y l o r 級(jí)數(shù)法進(jìn)行快速暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算的方法，計(jì)算誤差比較大。文獻(xiàn)【3 8 提出雙 向模塊簡(jiǎn)化技術(shù)，以系統(tǒng)模塊分解概念為基礎(chǔ)，對(duì)線性增量方程作初等線性變換， 將微分部分與代數(shù)方程交替求解，減少新增模型的加入難度、以及暫穩(wěn)仿真計(jì)算 量。 2 ) 暫態(tài)穩(wěn)定性算法中網(wǎng)絡(luò)三相不對(duì)稱性的考慮 輸電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)一般視為對(duì)稱，采用x y 0 同步坐標(biāo)系下正序電網(wǎng)模型，在 正序電網(wǎng)中僅能夠處理對(duì)稱橫向、縱向故障。而在實(shí)際輸電系統(tǒng)或者配電系統(tǒng)中 存在大量三相不對(duì)稱的情況。引起不對(duì)稱的因素很多，如電力變壓器、移相器、 不換相的輸電線路等運(yùn)行元件的參數(shù)不對(duì)稱，因故障而引發(fā)的非全相運(yùn)行等1 3 剮。 對(duì)于以上不對(duì)稱情況，需要采用可以考慮不對(duì)稱性的暫態(tài)穩(wěn)定性算法進(jìn)行仿真求 解。目前常用的仿真算法主要分為基于0 1 2 坐標(biāo)系 2 8 1 和基于a b e 坐標(biāo)系1 4 0 l 兩種方 式。 如果網(wǎng)絡(luò)元件對(duì)稱，但是故障不對(duì)稱，可以采用對(duì)稱分量法 4 1 1 將系統(tǒng)相序 分離之后采用0 1 2 坐標(biāo)系來描述網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和不對(duì)稱故障。 如果網(wǎng)絡(luò)參數(shù)不對(duì)稱，則不對(duì)稱元件在序分量空間不能解耦，處理故障的序 網(wǎng)變換不再成立，需要采用a b e 坐標(biāo)系來描述網(wǎng)絡(luò)元件和故障操作 4 2 o 分布式發(fā) 電系統(tǒng)多接于配電側(cè)，包括電源、網(wǎng)絡(luò)和負(fù)荷在內(nèi)的各種環(huán)節(jié)都可能存在較大的 不對(duì)稱性，因此采用該方法是比較適合的。 不對(duì)稱暫態(tài)穩(wěn)定性算法最大的特點(diǎn)就是處理不對(duì)稱問題。文獻(xiàn)【4 3 】以矩陣的 形式對(duì)故障模型和算法進(jìn)行了總結(jié)，論述了對(duì)任意復(fù)雜多重故障的故障電流計(jì) 算采用統(tǒng)一的數(shù)學(xué)描述和規(guī)范的求解方法，并指出了利用相分量法和對(duì)稱分量 法相結(jié)合解決不對(duì)稱故障計(jì)算的方法。文獻(xiàn)【3 8 4 4 提出將網(wǎng)路中對(duì)稱部分和不 天津大學(xué)博士學(xué)位論文第一章緒論 對(duì)稱部分進(jìn)行分離，對(duì)稱部分采用序分量法( s y m m e t r i c a lc o m p o n e n t s m e t h o d - s c m ) 表示，而不對(duì)稱部分采用相分量法( p h a s ec o m p o n e n t s m e t h o d - p c m ) 表示，兩者采用矩陣變換相結(jié)合。這些處理方法比較適合于輸電 系統(tǒng)，是一種擴(kuò)展故障分析方法。文獻(xiàn)【4 5 在不增加網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的條件下，把網(wǎng)絡(luò) 中相應(yīng)元件的導(dǎo)納用相分量特征導(dǎo)納代替，用于故障計(jì)算。文獻(xiàn)【4 6 基于相分量 法，建立了橫向、縱向故障接口電路的通用相分量模型，推導(dǎo)了三相元件與平行 線路的相分量阻抗矩陣。文獻(xiàn) 4 7 推導(dǎo)了跨線接地和不接地故障的通用相分量模 型。文獻(xiàn)【4 8 推導(dǎo)了同桿雙回線斷相故障相分量模型。 由于不對(duì)稱問題突出，動(dòng)態(tài)元件和網(wǎng)絡(luò)的機(jī)網(wǎng)接口也需要修正。在不平衡電 網(wǎng)中，旋轉(zhuǎn)電機(jī)一般采用所謂的三相【y 纛】導(dǎo)納矩陣和網(wǎng)絡(luò)接c i ，【y 0 】是采用動(dòng) 態(tài)元件的序分量構(gòu)成，再通過對(duì)稱分量變換和三相網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接口。文獻(xiàn) 4 9 5 0 】 給出了在不平衡網(wǎng)絡(luò)、不對(duì)稱故障情況下，同步發(fā)電機(jī)和異步電動(dòng)機(jī)的y 。1 建 模方法。文獻(xiàn)【5 1 】提出了一種新的異步電動(dòng)機(jī)模型，該模型與三相網(wǎng)絡(luò)接口的 y 。1 中不顯式含有滑差，因此在每一時(shí)步計(jì)算過程中全系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣不需 要隨滑差更新，降低了網(wǎng)絡(luò)的非線性程度，加快了仿真計(jì)算時(shí)間。文獻(xiàn)【5 2 討論 采用相分量模擬的不對(duì)稱故障和文獻(xiàn)【5l 】提出的異步電機(jī)模型在不對(duì)稱暫態(tài)穩(wěn) 定性仿真的使用情況，仿真結(jié)果表明某種情況下忽略不平衡因素會(huì)造成較大仿真 誤差。文獻(xiàn)【5 3 討論了在不平衡配電系統(tǒng)中對(duì)開斷電容器和并聯(lián)型故障的模擬方 法。文獻(xiàn)【4 0 5 4 基于以上提出的y 。1 導(dǎo)納矩陣動(dòng)態(tài)元件模型、以及相坐標(biāo)系 下元件模型和故障模擬方式，給出了大規(guī)模不平衡配電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真算法 的一般流程，采用是顯式交替求解數(shù)值計(jì)算方法。 3 ) 分布式發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性算法概述 分布式發(fā)電系統(tǒng)穩(wěn)定性仿真計(jì)算關(guān)注的重點(diǎn)是系統(tǒng)的慢動(dòng)態(tài)過程，由于忽略 電網(wǎng)內(nèi)部快速電磁暫態(tài)過程，因此網(wǎng)絡(luò)元件采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型進(jìn)行描述1 5 5 1 ，同時(shí) 對(duì)電力電子器件忽略開關(guān)動(dòng)態(tài)過程，采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)模型描述m 】。對(duì)于分布式發(fā)電 系統(tǒng)穩(wěn)定性建模與仿真，目前主要針對(duì)以下兩種情況進(jìn)行研究： 第一種情況，分布式電源設(shè)備采用交流電機(jī)直接并入電網(wǎng)的穩(wěn)定性仿真計(jì)算 研究【4 】【5 】【6 】，以燃?xì)廨啓C(jī)和風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)最為普遍，這種穩(wěn)定性仿真算法中動(dòng)態(tài) 元件的建模和網(wǎng)絡(luò)的建模方法和原有輸電系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性算法沒有本質(zhì)的區(qū)別， 主要是網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有所不同，比較適合于中高壓配電系統(tǒng)接入分布 式電源的穩(wěn)定性仿真研究。 第二種情況，分布式電源或者儲(chǔ)能裝置接入低壓配電系統(tǒng)的穩(wěn)定性仿真研究 i t i 引。這種情況下，分布式電源和儲(chǔ)能裝置一般采用電力電子設(shè)備并入配電網(wǎng)絡(luò)， 電力電子設(shè)備的使用減少了系統(tǒng)中的旋轉(zhuǎn)儲(chǔ)能，同時(shí)光伏發(fā)電、燃料電池等靜止 天津大學(xué)博士學(xué)位論文 第一章緒論 型電源具有很小的慣性，在系統(tǒng)發(fā)生大擾動(dòng)時(shí)無法提供有效的功率支撐，需要配 合儲(chǔ)能元件共同維持系統(tǒng)的全局穩(wěn)定性。在分布式發(fā)電系統(tǒng)中，儲(chǔ)能系統(tǒng)主要有 三方面作用：( 1 ) 盡可能使分布式電源運(yùn)行在一個(gè)比較穩(wěn)定的輸出水平，對(duì)系統(tǒng) 起穩(wěn)定作用；( 2 ) 對(duì)于太陽能和風(fēng)能這樣的可再生能源，由于其固有的間歇性， 相關(guān)發(fā)電系統(tǒng)的輸出隨時(shí)變化，甚至可能停止發(fā)電。此時(shí)，儲(chǔ)能系統(tǒng)可起到過渡 作用，保持對(duì)負(fù)荷的正常供電；( 3 ) f l 邑夠使不可調(diào)度的分布式發(fā)電系統(tǒng)作為可調(diào) 度機(jī)組并網(wǎng)運(yùn)行1 5 7 。這與傳統(tǒng)大電網(wǎng)主要依靠發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)備用儲(chǔ)能 來維持系統(tǒng)穩(wěn)定性的方式截然不同。文獻(xiàn) 7 】探討了電力電子設(shè)備接入之后系統(tǒng) 的“零慣性”特征，以及電力電子裝置與分布式電源、電網(wǎng)之間的交互影響過程。 文獻(xiàn)【8 】 5 5 】著重探討了逆變器主導(dǎo)型低壓微網(wǎng)( i n v e r t e rd o m i n a t e du n b a l a n c e d l vm i c r o g r i d s ) 穩(wěn)定性算法，“逆變器主導(dǎo)的含義是指網(wǎng)絡(luò)的主導(dǎo)動(dòng)態(tài)過程由 逆變器的控制系統(tǒng)決定，在這種情況下可以將逆變器視為一種特殊的發(fā)電機(jī)，其 系統(tǒng)穩(wěn)定性主要由并網(wǎng)逆變器的控制策略決定，如恒功率控制1 5 6 1 、恒頻恒壓控 制1 5 8 、下垂控制1 5 8 等，由于僅僅對(duì)逆變器動(dòng)態(tài)進(jìn)行建模，系統(tǒng)剛性程度不高， 因此文中采用顯式交替求解算法進(jìn)行仿真求解，若考慮將穩(wěn)定性仿真算法擴(kuò)展到 分布式電源或者儲(chǔ)能裝置的動(dòng)態(tài)建模，需要采用數(shù)值穩(wěn)定性更高的數(shù)值計(jì)算方 法。 分布式發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特殊性導(dǎo)致了其穩(wěn)定性計(jì)算方法需要解決新的問題，分 布式發(fā)電系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)模型的復(fù)雜性導(dǎo)致了動(dòng)態(tài)元件和網(wǎng)絡(luò)接口方法更加復(fù)雜，如果 采用隱式算法，d a e 系統(tǒng)的聯(lián)立方程對(duì)應(yīng)迭代雅克比矩陣求取異常困難。當(dāng)所涉 及的模型或函數(shù)具備較強(qiáng)的變結(jié)構(gòu)或變參數(shù)特征時(shí)，將使仿真系統(tǒng)的開發(fā)工作大 大復(fù)雜化。為了解決雅克比矩陣求解問題，眾多學(xué)者提出了很多新方法，例如文 獻(xiàn)【5 9 采用自動(dòng)微分法，可以直接給出函數(shù)對(duì)各變量的導(dǎo)數(shù)值，計(jì)算效率較高， 但要求原函數(shù)能夠分解為初等函數(shù)以及初等運(yùn)算，當(dāng)被仿真的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著 變化時(shí)，形成雅克比矩陣的計(jì)算量大為增加；文獻(xiàn)【6 0 6 1 】提出了利用k r y l o v 子 空間方法中的通用最小留數(shù)法- - g m r e s 方法研究電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定性仿真算法 中的線性方程組迭代求解問題，實(shí)質(zhì)上是采用一種不精確牛頓法計(jì)算線性方程組 的解，不需要顯式求解系統(tǒng)的j a c o b i a n 矩陣，而是采用有限差分的方式實(shí)現(xiàn) j a c o b i a n 矩陣和向量乘積計(jì)算，但是對(duì)于矩陣需要進(jìn)行預(yù)處理，才能提高迭代的 收斂性能。此外在小擾動(dòng)穩(wěn)定性分析中，可以采用數(shù)值微分法求取雅克比矩